Волки уже имели генетическую мутацию для превращения в крошечных собак 54 000 лет назад

Одна из основных генетических мутаций, ответственная за маленький размер некоторых пород собак, таких как померанцы и чихуахуа, развилась у их родственников задолго до того, как люди начали разводить этих миниатюрных компаньонов. Исследователи обнаружили, что мутацию можно проследить даже у волков, живших более 50 000 лет назад.

Исследователи обнаружили мутацию, которая находится в гене инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF1), изучив данные, собранные в рамках проекта Национального института здоровья (NIH) "Геном собаки" - проекта, в котором владельцы собирают образцы ДНК домашних собак.

Эта "необычная" мутация, обнаруженная не в самом гене IGF1, а скорее в ДНК, регулирующей экспрессию этого гена, ранее ускользала от исследователей более десяти лет. 

После консультаций с учеными из Англии и Германии исследователи обнаружили, что мутация присутствует в ДНК ископаемых сибирских волков (Canis lupus campestris) возрастом 54 000 лет, а также в ДНК всех ныне живущих видов канидов, включая шакалов, койотов и африканских охотничьих собак. 

"Как будто природа хранила его в заднем кармане десятки тысяч лет, пока он не понадобился", - сказала в своем заявлении старший автор исследования Элейн Острандер, генетик из NIH, специализирующаяся на собаках.

Это открытие помогает связать воедино то, что мы знаем об одомашнивании собак и размерах их тела, добавила она. 

Необычная мутация  

Гены - это участки ДНК, которые служат планом для создания определенных белков. Каждый ген состоит из уникальной комбинации четырех оснований - аденина (A), гуанина (G), цитозина (C) и тимина (T), которые кодируют определенный белок. Чтобы создать конкретный белок, клетки должны распаковать двухцепочечную ДНК, чтобы прочитать основания той нити, которая содержит соответствующий ген.

Затем специальные механизмы внутри клетки копируют ДНК и создают РНК - одноцепочечную молекулу, похожую на ДНК с одним другим сахаром (рибоза вместо дезоксирибозы) и основанием урацил (U) вместо тимина (T), - которая затем используется для создания белков. Этот процесс известен как транскрипция. 

Новая мутация находится в участке ДНК рядом с геном IGF1 и регулирует его экспрессию, что, в свою очередь, влияет на размер тела собаки. Существует две версии, или аллели, этого фрагмента ДНК: Один аллель имеет дополнительное основание цитозин (С), что приводит к меньшему размеру тела, а другой аллель имеет дополнительное основание тимин (Т), что приводит к большему размеру тела, рассказал Острандер в интервью Live Science.

Каждая собака наследует два аллеля гена (по одному от каждого родителя), то есть у нее может быть либо два варианта малого аллеля (CC), либо один из них (CT), либо два варианта большого аллеля (TT), добавила она. 

Исследователи изучили ДНК собак разных пород и обнаружили значительную корреляцию между аллелями и размером: Маленькие собаки были CC, собаки средних размеров - CT, а крупные собаки - TT.

Становится меньше 

После обнаружения мутации исследователи NIH захотели узнать, как далеко в эволюции канидов можно отследить эти аллели, что привело их к поиску мутации в ДНК древних волков по геномам, опубликованным в предыдущих исследованиях.

"Мы были удивлены, обнаружив мутацию, и обрадовались, обнаружив, что оба варианта [C и T] присутствовали более 54 000 лет назад", - сказал Острандер в интервью Live Science.

Исследователи предполагали, что аллель, отвечающий за меньший рост, появился гораздо раньше, чем аллель, отвечающий за больший рост, но это оказалось не так, добавила она.

Мутация IGF1, по-видимому, сыграла ключевую роль в эволюции мелких канидов, таких как шакалы, койоты и африканские охотничьи собаки, которые имеют две копии аллеля маленького роста (CC). Тем не менее, крайне маловероятно, что маленькие собаки эволюционировали бы естественным путем, чтобы стать такими маленькими, как они есть, без вмешательства человека, одомашнившего их и размножившего, добавила она. 

"Малый аллель сохранялся на низком уровне [у собак] в течение десятков тысяч лет, пока он не был отобран во время или около того, когда произошло одомашнивание, - сказала Острандер.

Эта селекция проводилась для создания более мелких собак, которые могли бы лучше охотиться на мелкую добычу, такую как кролики, добавила она.  

Первые породы собак небольшого размера, которые в конечном итоге были выведены в чрезвычайно миниатюрные версии, которые мы видим сегодня, появились между 7 000 и 9 500 лет назад, согласно исследователям.

Понимание размеров тела 

Ген IGF1 - не единственный ген, влияющий на размер тела собаки. По меньшей мере 20 известных генов кодируют размер тела, но этот конкретный ген имеет огромное влияние: По словам Острандера, он отвечает примерно за 15 процентов различий в размерах тела у разных пород собак, что очень много для одного гена. 

Для сравнения, у людей на размер тела влияют сотни генов, говорит Острандер. Но неудивительно, что у собак меньше генов, связанных с размером тела, учитывая, что большинство пород собак существует всего несколько сотен лет, добавила она. 

Исследователи продолжат изучать больше генов, связанных с размерами тела у собак, чтобы лучше понять, как гены работают вместе, определяя точный размер каждой породы, от чихуахуа до догов.  

"Следующий шаг - выяснить, как все белки, вырабатываемые этими генами, работают вместе, создавая больших собак, маленьких собак и все, что между ними", - сказал Острандер.

Исследование было опубликовано онлайн 27 января в журнале Current Biology.